Kaj je fluorid? Lastnosti kemičnega elementa
Fluor je najlažji član halogenske družine, elementi skupine 17 (VIIA) periodnega sistema. Ta skupina vključuje tudi klor, brom, jod in astatin.
Kratek opis
9 fluorni elektroni tvorijo konfiguracijo 1s 2 2s 2 2p 5 . V napolnjeni notranji lupini sta 2 elektrona in 7 - na zunanji, ki puščata 1 prosti prostor.
Struktura fluora je najbolj aktivni kemični element, ki reagira s skoraj vsemi snovmi. Pri visokih temperaturah in tlakih celo reagira s plemenitimi plini, čeprav običajno elementi skupine 18 (VIIIA), znani tudi kot inertni plini, ne vplivajo na druge snovi.
Fluor je leta 1886 odkril francoski kemik Henri Moissan (1852-1907). Plin je zbral in skozi vodikov fluorid prenašal električni tok (H 2 F 2 ).
Potrošniki o fluoru vedo največ zaradi dveh spojin. Diatomski plin se uporablja za proizvodnjo fluoridov, ki so spojine, ki segajo v petdesetih letih. del zobne paste. Učinkovite so pri preprečevanju kariesa, zato so celo dodane urbanim vodnim sistemom.
Druga skupina fluorovih spojin so klorofluoroogljikovodiki (CFC). Že vrsto let so zelo priljubljeni kot aerosolni pogon. Vendar pa CFC v zgornji atmosferi reagirajo z ozonom (O 3 ). Ozonski plašč filtri škodljivi ultravijolično sevanje Sonce, ki je elektromagnetno sevanje z valovnimi dolžinami, ki so krajše od vijoličnega spektra in zato z višjo energijo kot je vidna svetloba. Zato je proizvodnja CFC zdaj prepovedana.
Zgodovina odkrivanja
Kemija je bila vedno nevarna znanost. In zgodnja kemija je bila smrtonosna okupacija. Znanstveniki so delali s snovmi, o katerih so vedeli zelo malo. Odkritje novih spojin in elementov je pogosto imelo tragične posledice.
Fluor je zelo nevarna snov. Poskušali izolirati element, so kemiki dobili grozne opekline in celo umrli. Fluorni plin poškoduje mehko tkivo dihalnega trakta.
V zgodnjih 1500-ih je nemški znanstvenik George Agricola (1494-1555) opisal fluorit, ki ga je imenoval "fluorit". Ta beseda prihaja iz latinskega glagola fluere (»tok«). Agricola je trdil, da je fluorit, ki je bil dodan staljenim kovinskim rudam, naredil več tekočine, kar je olajšalo delo z njimi. Nemški znanstvenik ni vedel, da ta mineral vsebuje fluorid v obliki kalcijevega fluorida (CaF 2 ).
Fluorit je bil predmet intenzivne študije. Leta 1670 je nemški steklarji Heinrich Schwanhard odkril, da mešanica fluorita in kisline tvori snov, ki jo lahko uporabimo za jedkanje stekla, to je kemijsko reakcijo, ki tvori mat površino. Ta postopek se uporablja za nanašanje vzorcev na steklo in za izdelavo natančnih znanstvenih merilnih instrumentov.
Leta 1771 je švedski kemik Carl Wilhelm Scheele (1742-86) našel novo jedkalno snov. Podrobno je opisal lastnosti fluorovodikove kisline (HF). Delo Scheele je prispevalo k intenzivni študiji te spojine.
Kemiki so iskali načine za razgradnjo fluorovodikove kisline v njene sestavine. Predvidevali so, da je treba odkriti element, ki ga še nikoli niso videli. Vendar niso vedeli, kaj je fluorid in kako nevarno je. Mnogi raziskovalci fluorovodikove kisline so postali onesposobljeni zaradi dihanja plinastih HF. Eden od njih, belgijski kemik Paulin Louyet (1818-1850), je umrl zaradi učinkov te snovi.
Končno, leta 1888 je bil problem rešen. Francoski kemik Henri Moissan je dobil raztopino fluorovodikove kisline (HF) v kalijevem fluoridu (KHF 2 ). Nato ga je ohladil na -23 ° C in skozi to električno energijo. Plin se je pojavil na enem koncu aparata. Nov kemijski element imenujemo fluor, ki izhaja iz latinskega imena fluorit. Besedo "fluor" leta 1810 je predlagal André Ampere. Gre za grški izvor in pomeni "uničenje".
Fizične lastnosti
Fluor je bledo rumeni plin z gostoto 1,695 g / l. Zaradi tega je približno 1,3-krat gostejše od zraka. Fluor vstopi v tekoče stanje pri -188,13 ° C in trdno pri -219,61 ° C. Snov ima močan specifičen vonj, podoben vonju klora in ozona, opazen tudi v zelo majhnih količinah - do 20 delov na milijardo. Ta lastnost je zelo uporabna za tiste, ki delajo s fluorovim plinom in se lahko izognejo škodljivim učinkom, ko vstopijo v prostor.
Kemijske lastnosti
Energija vezave F2 je veliko nižja od energije Cl 2 ali Br 2 in je enaka vodikovemu peroksidu. Visoka elektronegativnost povzroča disociacijo, visoko reaktivnost in močne kemijske vezi med fluorom in drugimi atomi. Lahko pride v stik s katerim koli drugim elementom, razen helija, neona in argona. Fluor reagira z večino spojin, pogosto zelo aktivno. Na primer, ko se zmeša z vodo, pride do eksplozije. Iz teh razlogov je treba v laboratoriju posebej paziti.
Biti v naravi
V prostem stanju element fluor ni mogoče najti. Najpogostejši minerali, ki vsebujejo fluor, so fluorit, fluorapatit in kriolit. Apatit je kompleksen mineral, ki vsebuje predvsem kalcij, fosfor in kisik, običajno v kombinaciji s fluorom. Kryolit je znan tudi kot grenlandski brazgotin, ker je Grenlandija edini komercialni vir tega minerala. Sestoji predvsem iz natrijevega aluminijevega fluorida Na 3 ALF 6 .
Glavni svetovni proizvajalci surovin za proizvodnjo fluora so Kitajska, Mehika, Mongolija in Južna Afrika. Združene države so nekoč izkopale majhno količino fluorita, vendar je bil zadnji rudnik zaprt leta 1995, država pa je začela uvažati fluoridne rude.
Fluor je bogat v zemeljski skorji. Njen delež je ocenjen na okoli 0,06%. Zaradi tega je to trinajsti najpogostejši element v skorji, kar približno ustreza vsebnosti mangana ali barija.
Kaj je fluor-19?
Kemični element ima samo en naravni izotop - 19 F. Izotopi predstavljajo drugo obliko elementa, ki se razlikuje po masnem številu, kar ustreza številu protonov in nevtronov v jedru atoma. Število protonov določa element, vendar je število njegovih nevtronov lahko različno. Poleg tega je vsaka variacija izotop. Fluor-19 ima veliko gyromagnetno razmerje in izjemno občutljivost na magnetna polja. Ker je to edini stabilen izotop, se uporablja pri magnetni resonanci.
Znanih 17 radioaktivnih izotopov fluora. Med njimi je najstabilnejši 18 F. Njeno jedro je razdeljeno s razpolovnim časom 109,77 minut. 18 F se včasih uporablja za medicinske raziskave. Ko pride v telo, se fluorid premika predvsem do kosti. Njegovo prisotnost lahko zazna sevanje, ki ga oddaja. Vzorec sevanja omogoča določanje stanja kostnega tkiva. Fluor-18 se včasih uporablja podobno kot študija delovanja možganov.
Sprejemanje, določanje, uporaba
Industrijska proizvodnja fluorida temelji na metodi Moissan. Električni tok 8-12 V prehaja skozi mešanico HF in KF, da nastane H 2 in F 2 .
Fluor je v raztopinah določen s potenciometrijo, to je z merjenjem potenciala elektrod. Elektrodna membrana je izdelana iz monokristalnega LaF 3, dopiranega z difluoridi plemenitih kovin.
V osnovnem stanju se fluor uporablja relativno malo. Preveč je aktiven za to. Uporablja se v raketnem gorivu, ki zagotavlja zgorevanje, kot je kisik. Večina je v povpraševanju v vezani državi. Fluoridi so spojine fluora in kovine. Primeri so natrijevega fluorida (NaF), kalcij (CaF2) in kositer (SnF2).
Zaščita zob
Fluorid je del zobne paste. Študije so pokazale, da lahko majhna količina fluorida pomaga zmanjšati pojavnost kariesa. Odlagajo se kot tvorba novega zobnega materiala, zaradi česar je močan in odporen na uničenje.
V nekaterih mestih se v sistem za oskrbo z vodo doda fluorid. S tem oblasti si upajo, da bodo izboljšale zdravje zob zdravja državljanov. Predvsem od tega imajo koristi mladi, katerih zobje se še razvijajo. Postopek dodajanja fluorida v vodni sistem se imenuje fluoridacija. Preveč fluorida v vodi vodi v zatemnitev zob in pojav trajnih madežev.
Dobro ali slabo?
Nekateri so zaskrbljeni zaradi dolgoročnih učinkov fluorida v javnih vodnih virih na javno zdravje. Kažejo, da je fluor smrtonosni strup in da so njegove spojine lahko tudi strupene. To je res, F 2 je zelo nevarno, vendar so lastnosti spojin drugačne od njihovih sestavnih elementov. Torej je strah neutemeljen.
Zaradi močnega značilnega vonja fluora je mogoče zaznati njegovo uhajanje in se izogniti stiku z njim.
Fluoridi so običajno nevarni le v velikih odmerkih. Njihova koncentracija v vodi je običajno zelo majhna, le nekaj ppm. Večina strokovnjakov na področju zobozdravstva in zdravstvenega varstva meni, da je tak fluor uporaben in ne ogroža zdravja ljudi.
Teflon
V znanstvenih raziskavah imajo pomembno vlogo naključna odkritja. Primer uspešne in zelo donosne nesreče je lahko material teflon - plastika, ki ga proizvaja DuPont Chemical Company. Postala je pomemben komercialni produkt, saj se nanj skoraj nič ne drži. Danes ima vsakdo ponjavo, katere notranja površina je prekrita s tem materialom, ker se hrana med kuhanjem ne drži. Poleg tega teflonske posode ne potrebujejo rastlinskega ali živalskega olja.
Teflon je leta 1938 slučajno odkril kemik iz DuPonta, Roy Plunkett (1911–1994), ki je razvil klorofluoroogljikovodike (CFC). Želel je vedeti, kaj bi se zgodilo, če bi mešal tetrafluoroetilen (TFE) C 2 F 4 s perklorno kislino. Za poskus je namestil opremo, tako da plinasti TPV teče v HCl rezervoar. Toda, ko je odprl ventil, se ni nič zgodilo. Plunkett bi lahko vrgel plovilo, vendar ga ni. Namesto tega ga je kemik videl in ugotovil, da je TFE polimeriziran v eno maso, to je na tisoče posameznih TFE molekul, združenih v eno, imenovano politetrafluoroetilen (PTFE).
Plunkett je izrezal nastali bel prašek in ga poslal znanstvenikom DuPont, ki so razvijali umetna vlakna. Preučevali so nov material in našli njegove ne-palične lastnosti. Kmalu se je začel razvoj številnih aplikacij za nov material.
DuPont je registriral blagovno znamko Teflon leta 1945 in leto kasneje izdal prve izdelke. Od takrat se je na kuhinjskih pripomočkih pojavil nelepljiv premaz, v pekačih pa se je pojavil teflon in zaščita tekstila in tekstila.
Klorofluoroogljikovodiki
Element fluor je bil uporabljen tudi pri proizvodnji freona. Klorofluoroogljikovodike je v poznih 1920-ih odkril ameriški kemični inženir Thomas Midgli Jr. (1889-1944). Te spojine imajo številne zanimive lastnosti. So zelo stabilne in se ne uporabljajo v industriji. Freon se je pogosto uporabljal v klimatskih napravah in hladilnikih, kot čistilna sredstva, v aerosolih in kot del specializiranih polimerov. Proizvodnja CFC se je povečala s 1 tisoč ton leta 1935 na več kot 300 tisoč ton leta 1965 in 700 tisoč ton leta 1985.
Vendar pa je sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja. Študije so pokazale, da te spojine škodujejo ozonskemu plašču, ki je na višini 20 do 50 km nad zemeljsko površino in je pomemben za življenje na našem planetu, ker ga varuje pred škodljivim ultravijoličnim sevanjem sonca. To je privedlo do postopnega prenehanja proizvodnje in uporabe v večini držav sveta. Pojavili so se novi, varni za zemeljske materiale, ki nadomeščajo CFC.
Zaščita vseh živih bitij
CFC se je uporabljal za priljubljene industrijske kemikalije, ker jih je težko uničiti. Te snovi se že dolgo uporabljajo v klimatskih napravah in hladilnikih kot sredstvo, ki prenaša toploto na zunaj. Vendar pa so znanstveniki spoznali, da CFC predstavljajo nevarnost za ozonski plašč, ker se uničujejo. Kako je to mogoče? Vedno obstaja možnost puščanja hladilnega sredstva iz klimatskih naprav in hladilnikov. CFCs so plini ali tekočine, ki zlahka izhlapijo in se dvignejo v ozračje. Sčasoma dosežejo ozonski plašč.
Na tej višini, pod vplivom intenzivnega sončnega sevanja, se CFC uničijo. Molekula, ki je stabilna na zemlji, izgubi to kakovost na visoki nadmorski višini. Ko se uniči, se sprosti atom klora, ki lahko reagira z O3. Ozon filtrira škodljivo sevanje sonca, kar povzroča resne sončne opekline in kožni rak. Kisik za to ni sposoben. Več kot je CFC v atmosferi, več atomov klora. Več kot so atomi klora, manjše molekule ozona in več ultravijolične svetlobe doseže zemeljsko površino, kar negativno vpliva na zdravje ljudi.
Do sredine osemdesetih let je bilo pridobljenih dokazov, da CFC poškodujejo ozonski plašč. To je prepričalo politike, da prepovejo nadaljnjo proizvodnjo in uporabo klorofluoroogljikovodikov.
Vpliv na zdravje ljudi
Fluor je kemični element, ki je lahko zelo nevaren. Vdihavanje v majhnih količinah povzroča hudo draženje dihal (nos, grlo in pljuča). V velikih količinah lahko pride do smrti. Največji dovoljeni odmerek fluorida je 1 del na milijon delov zraka za 8 ur.